JP2002504335A - Pollen-specific promoter - Google Patents

Pollen-specific promoter

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JP2002504335A
JP2002504335A JP2000532527A JP2000532527A JP2002504335A JP 2002504335 A JP2002504335 A JP 2002504335A JP 2000532527 A JP2000532527 A JP 2000532527A JP 2000532527 A JP2000532527 A JP 2000532527A JP 2002504335 A JP2002504335 A JP 2002504335A
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promoter
expression system
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ヒラリー ジョアン ロジャース,
パトリック ジョセフ ヒュセイ,
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Abstract

(57)【要約】 トウモロコシ中のZmC5遺伝子のプロモーター配列、または花粉においてプロモーターとして作用するその改変体もしくはフラグメント。このプロモーターのDNA配列を、図5に示す。本発明のプロモーター配列を含む、発現カセットおよび発現系ならびに形質転換方法、形質転換植物をまた請求する。これらの核酸は、とりわけ、雄性不稔性植物および/またはハイブリッドの産生、ならびに花粉の形質転換に使用され得る。   (57) [Summary] A promoter sequence of the ZmC5 gene in maize, or a variant or fragment thereof that acts as a promoter in pollen. The DNA sequence of this promoter is shown in FIG. Also claimed are expression cassettes and expression systems, transformation methods, and transformed plants containing the promoter sequences of the present invention. These nucleic acids can be used, inter alia, for the production of male-sterile plants and / or hybrids, and for the transformation of pollen.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、花粉に特異的なプロモーター配列、プロモーターを含む構築物およ
びトランスジェニック植物細胞および植物、ならびにこのプロモーターを使用し
て花粉を形質転換し、そして植物における稔性を制御する方法に関する。
The present invention relates to pollen-specific promoter sequences, constructs containing the promoter and transgenic plant cells and plants, and methods for transforming pollen using this promoter and controlling fertility in plants. .

【0002】 2つの植物からの所望の遺伝的形質を単一の植物に導入するために、例えば、
種々の交配育種またはハイブリッド交配育種は、伝統的なアプローチを提示する
。整合的なハイブリッドを確実に得るために、親植物の自家受粉が起こらないこ
とを確実にする必要がある。
[0002] To introduce desired genetic traits from two plants into a single plant, for example,
Various cross breeding or hybrid cross breeding represent a traditional approach. To ensure a consistent hybrid, it is necessary to ensure that self-pollination of the parent plant does not occur.

【0003】 このことは、1つの親系統が雄性不稔性であることを確実にすることによって
達成され得る。雄性不稔性を産生するための様々な技術が公知であり、そして当
該分野で提唱されてきた。1つの方法は、雌性親植物の葯または雄穂の、手動ま
たは機械的のいずれかによる除去を含む。次いで、この植物は、雄親からの花粉
によってのみ受粉され得、それによりその子孫はハイブリッドである。しかし、
このようなプロセスは、労働集約的であり、そして全体的に信頼性が無い。なぜ
なら、いくつかの雌性植物は、脱雄穂プロセスを逃し得るか、またはいくつかの
場合、この植物は、脱雄穂が完了した後に二次雄穂を発生するからである。さら
に、この系において、雄性親は自家受粉が可能であり、それゆえ、ハイブリッド
種子の収穫の容易さを可能にするために、雄性親および雌性親を物理的に別々に
する必要がある。このことは、トウモロコシに適切な植え付け作業を妨害する。
なぜなら、花粉は軽く、そして大量に産生されるからである。しかし、このアプ
ローチは、より重い花粉を有する種に対して、ならびに雄性および雌性の花器官
が1つの花内に含まれる種(例えば、コムギ、イネ)においては適用不能である
[0003] This can be achieved by ensuring that one parental line is male-sterile. Various techniques for producing male sterility are known and have been proposed in the art. One method involves the removal of either anthers or tassels of the female parent plant, either manually or mechanically. The plant can then be pollinated only by pollen from the sire, so that its progeny are hybrids. But,
Such a process is labor intensive and totally unreliable. Because some female plants may miss the detasseling process, or in some cases they will develop secondary tassels after the detasseling is complete. In addition, in this system, the male parent is self-pollinating, and therefore it is necessary to physically separate the male and female parents to allow for easy harvesting of the hybrid seed. This prevents proper planting of corn.
Because pollen is light and produced in large quantities. However, this approach is not applicable to species with heavier pollen, and in species where male and female flower organs are contained within one flower (eg, wheat, rice).

【0004】 花粉産生を防止する化学的方法もまた公知である。米国特許第4,801,3
26号は、植物または土壌に適用されて花粉産生を防止し得る化学物質を記載す
る。しかし、この場合も、このような技術は労働集約的であり、そして全体的に
信頼性が無い。環境に対して付随する負荷を伴って、受粉が起こらないことを確
実にする適切な時間間隔で、十分な化学物質が適用されることが必須である。さ
らに、これらの化学物質は非常に高価である。
[0004] Chemical methods for preventing pollen production are also known. US Patent No. 4,801,3
No. 26 describes chemicals that can be applied to plants or soil to prevent pollen production. However, again, such techniques are labor intensive and are not totally reliable. It is imperative that sufficient chemicals be applied at appropriate time intervals to ensure that pollination does not occur, with attendant loads on the environment. In addition, these chemicals are very expensive.

【0005】 遺伝子操作が代替法として提供されており、それによって植物において雄性不
稔性が産生され得、維持され得、そして/または続いて回復され得る。
[0005] Genetic engineering has been provided as an alternative whereby male sterility can be produced, maintained, and / or subsequently restored in a plant.

【0006】 受粉が外部化合物の適用または利用可能性に基づいてスイッチを入れられるか
または切られることを可能にする誘導性プロモーターを含む系が記載されている
。例えば、WO90/08830は、花粉生合成を破壊するタンパク質を発現す
る遺伝子配列のカスケードによる、植物における雄性不稔性の誘導を記載する。
WO93/18171は、カルコンシンターゼ(chs)を誘導的に発現し、そ
して内因性chs遺伝子を「ノックアウト」することによって不稔性にされる雄
性不稔性植物に稔性を回復させる、GSTプロモーターの使用を記載する。
[0006] Systems have been described that include an inducible promoter that allows pollination to be switched on or off based on the application or availability of an external compound. For example, WO 90/08830 describes the induction of male sterility in plants by a cascade of gene sequences expressing a protein that disrupts pollen biosynthesis.
WO93 / 18171 discloses a GST promoter that inducibly expresses chalcone synthase (chs) and restores fertility to male sterile plants that are rendered sterile by "knocking out" the endogenous chs gene. Describe use.

【0007】 異なるアプローチが、WO93/25695(PGS)に記載された。これは
、タペータム(tapetal)細胞において花粉致死遺伝子であるバルナーゼ
を発現する、タペータム特異的プロモーターの使用に基づく。これらの細胞は、
花粉発生に重要であるので花粉産生を破壊する。回復遺伝子であるバルスター(
barstar)は、稔性を回復させるために使用され得る(Marianiら
、Nature,第357巻:384−387)。
[0007] A different approach has been described in WO 93/25695 (PGS). This is based on the use of a tapetum-specific promoter that expresses the pollen lethal gene, barnase, in tapetal cells. These cells are
Destroy pollen production as it is important for pollen development. Balstar, a healing gene
barstar) can be used to restore fertility (Mariani et al., Nature, 357: 384-387).

【0008】 制御可能な様式で、花粉における花粉産生に直接的に影響を与える遺伝子を発
現することの利点が存在する。適切には、稔性は、所望である場合に回復される
べきである。
[0008] There is an advantage of expressing a gene that directly affects pollen production in pollen in a controllable manner. Suitably, fertility should be restored if desired.

【0009】 雄性不稔性を遺伝子操作するための系の成分は、花粉の産生または発生が依存
する花粉または組織のいずれかにおける発現を、特異的に駆動するプロモーター
の有効性である。
A component of the system for genetically manipulating male sterility is the effectiveness of a promoter to specifically drive expression in either pollen or tissue on which pollen production or development is dependent.

【0010】 花粉および発芽中の花粉において特異的または高度に発現される、特徴付けら
れた遺伝子の多くは、細胞壁代謝における役割を果たすようなタンパク質をコー
ドし、例えば、このタンパク質は、以下のような、ペクチン分解に関与する酵素
をコードする遺伝子に対する相同性を有するものである:ポリガラクツロナーゼ
(SM Brownら、Plant Cell(1990)2:263−274、
SJ Tebbuttら、Plant Mol.Biol.(1994)25:2
83−299)、ペクチン酸リアーゼ(HJ Rogersら、Plant Mo
l.Biol 20:493−502(1992)、RA Wingら、Plan
t Mol.Biol 14:17−28(1989))、およびペクチンメチル
エステラーゼ(PME)(JH Muら、Plant Mol.Biol 25: 539−544(1994))。
[0010] Many of the characterized genes that are specifically or highly expressed in pollen and germinating pollen encode proteins that play a role in cell wall metabolism, for example, as follows: Which have homology to genes encoding enzymes involved in pectin degradation: polygalacturonase (SM Brown et al., Plant Cell (1990) 2: 263-274;
SJ Tebbutt et al., Plant Mol. Biol. (1994) 25: 2.
83-299), pectate lyase (HJ Rogers et al., Plant Mo.
l. Biol 20: 493-502 (1992), RA Wing et al., Plan.
t Mol. Biol 14: 17-28 (1989)), and pectin methylesterase (PME) (JH Mu et al., Plant MoI. Biol 25: 539-544 (1994)).

【0011】 花粉において高度に発現される他の遺伝子としては、以下をコードする遺伝子
が挙げられる:細胞骨格タンパク質(I.Lopezら、Proc.Natl,
Acad Sci USA 93:7415−7420(1996)、HJ Rog
ersら、Plant J.4:875−882(1993)およびCJ Sta
igerら、Plant J.4:631−641(1993))、推定アスコ ルビン酸オキシダーゼ、Kunitzタンパク質インヒビター、およびその機能
が公知の遺伝子に対する相同性によって推測され得ない多くの他のタンパク質。
このような遺伝子の時間的な発現が研究されており、そして多くは、小胞子生成
において後期に発現されて、成熟小胞子母細胞において最大に達することが見出
されている。いくつかの場合、花粉管における連続した発現もまた、実証されて
いる(AK Kononowiczら、Plant Cell 4;513−5 24(1992))。これらの遺伝子は、「後期遺伝子」と称される。この段階
での発現の大部分は、生殖細胞よりはむしろ栄養細胞からであり、そしてこれら
の「後期」遺伝子の大部分は、栄養核から転写されるようである:しかしこのこ
とは、1つの「後期」遺伝子について実証されているのみである(D.Twel
l,Plant J2:887−892(1992))。葯において発現される
遺伝子の個別のクラスは、異なる発現プログラム(programme)を有し
、四分子段階のすぐ後にまず検出可能であり、そして花粉成熟の前の発現におい
て適切に衰えることが見出されている。これらの「初期」遺伝子の主要な役割は
、花粉管生長よりもむしろ、小胞子の分化および発達の間であり得る。さらに、
米国特許第5,086,169号(Mascarenhas)は、トウモロコシ
由来の第1の花粉特異的プロモーターの単離を記載する。
[0011] Other genes that are highly expressed in pollen include genes that encode: cytoskeletal proteins (I. Lopez et al., Proc. Natl,
Acad Sci USA 93: 7415-7420 (1996), HJ Log.
ers et al., Plant J .; 4: 875-882 (1993) and CJ Sta.
iger et al., Plant J .; 4: 631-641 (1993)), a putative ascorbate oxidase, a Kunitz protein inhibitor, and many other proteins whose function cannot be inferred by homology to known genes.
The temporal expression of such genes has been studied, and many have been found to be expressed late in microsporogenesis and to be maximal in mature microsporocytes. In some cases, continuous expression in pollen tubes has also been demonstrated (AK Kononowicz et al., Plant Cell 4: 513-524 (1992)). These genes are called "late genes." Most of the expression at this stage is from vegetative cells rather than germ cells, and most of these "late" genes appear to be transcribed from vegetative nuclei: It has only been demonstrated for the "late" gene (D. Twel
1, Plant J2: 887-892 (1992)). Distinct classes of genes expressed in anthers have different expression programs, are first detectable shortly after the tetrad stage, and are found to decay appropriately in expression before pollen maturation ing. The major role of these "early" genes may be during microspore differentiation and development, rather than pollen tube growth. further,
US Pat. No. 5,086,169 (Mascarenhas) describes the isolation of a first pollen-specific promoter from corn.

【0012】 本出願人らは、花粉組織においてのみ特異的に発現されるさらなるプロモータ
ーを単離した。このプロモーターは、トウモロコシから単離された「後期」花粉
発現遺伝子、ZmC5に由来する。
[0012] Applicants have isolated additional promoters that are specifically expressed only in pollen tissue. This promoter is derived from the "late" pollen expression gene, ZmC5, isolated from maize.

【0013】 従って、本発明の第1の局面に従って、トウモロコシにおけるZmC5遺伝子
のプロモーター配列を含む組換え核酸、またはその改変体もしくはフラグメント
が提供され、これは、花粉においてプロモーターとして作用する。
Thus, according to a first aspect of the present invention there is provided a recombinant nucleic acid comprising a promoter sequence of the ZmC5 gene in maize, or a variant or fragment thereof, which acts as a promoter in pollen.

【0014】 本明細書中で使用される用語「フラグメント」は、プロモーター活性を保持す
る塩基配列の1つ以上の領域を含む。ここでフラグメントは1つ以上の領域を含
み、それらはともに直接連結され得るか、またはさらなる塩基によって間隔を空
けられ得る。
As used herein, the term “fragment” includes one or more regions of a nucleotide sequence that retain promoter activity. Here, a fragment comprises one or more regions, which may be directly ligated together or may be separated by additional bases.

【0015】 発現「改変体」は、本発明を参照して、核酸配列からまたは核酸配列に1つ以
上のヌクレオチドの任意の置換、改変、修飾、置き換え、欠失または負荷を意味
し、得られた配列は花粉プロモーターの発現を示す。この用語はまた、核酸配列
に実質的にハイブリダイズし得る配列を含む。
An expression “variant”, in reference to the present invention, means any substitution, alteration, modification, substitution, deletion or loading of one or more nucleotides from or in a nucleic acid sequence and is obtained The sequence shown indicates the expression of the pollen promoter. The term also includes sequences that are capable of substantially hybridizing to the nucleic acid sequence.

【0016】 本明細書中で使用される、発現「ZmC5遺伝子」は、本明細書中に記載され
る563アミノ酸配列をコードする、トウモロコシの遺伝子をいう。この配列を
コードするcDNA配列は、EMBL Y13285で定義される。
As used herein, the expression “ZmC5 gene” refers to a corn gene that encodes a 563 amino acid sequence described herein. The cDNA sequence encoding this sequence is defined in EMBL Y13285.

【0017】 本発明のプロモーター配列は、National Collection of
Industrial and Marine Bacteriaに、NCIMB
40915として1998年1月26日に寄託されたクローンに含まれる。こ れは、本明細書において以下に記載されるものに由来するSalIフラグメント
である。このプロモーター領域は、本明細書において以下の図1に示される、ト
ウモロコシのZmC5遺伝子の転写開始部位の上流の配列の約2kbからなる領
域内にある。
[0017] The promoter sequence of the present invention comprises a National Collection of
NCIMB at Industrial and Marine Bacteria
No. 40915 is included in the clone deposited on Jan. 26, 1998. This is a SalI fragment derived from that described herein below. This promoter region is within a region consisting of about 2 kb of sequence upstream of the transcription start site of the corn ZmC5 gene, shown in FIG. 1 herein below.

【0018】 本発明の好ましい実施態様に従って、図5に示されるDNA配列の少なくとも
一部、または図5にコードされるプロモーターに実質的に類似する活性を有する
プロモーターをコードする配列の少なくとも一部を含むプロモーター配列を含む
組換え核酸配列、あるいはその改変体もしくはフラグメントが提供される。
In accordance with a preferred embodiment of the present invention, at least a portion of the DNA sequence shown in FIG. 5 or at least a portion of a sequence encoding a promoter having activity substantially similar to the promoter encoded in FIG. A recombinant nucleic acid sequence comprising a promoter sequence comprising the same, or a variant or fragment thereof is provided.

【0019】 用語「実質的に類似する活性」は、本発明のDNAに相補的でありかつハイブ
リダイズし、そして花粉において作用するプロモーターをコードする、DNA配
列を含む。好ましくは、このようなハイブリダイゼーションは、低いおよび高い
、またはその間のストリンジェンシー条件で生じる。一般的な用語において、低
いストリンジェンシー条件は、約60℃〜約65℃の周囲温度で3×SCCとし
て規定され得、そして高いストリンジェンシー条件は、約65℃で0.1×SS
Cとして規定され得る。SSCは、0.15M NaCl、0.015Mクエン 酸三ナトリウムの緩衝液である。3×SSCは、SSC等の強度の3倍である。
The term “substantially similar activity” includes a DNA sequence that is complementary to and hybridizes to the DNA of the present invention and encodes a promoter that acts in pollen. Preferably, such hybridization occurs under conditions of low and high or stringency in between. In general terms, low stringency conditions can be defined as 3 × SCC at an ambient temperature of about 60 ° C. to about 65 ° C., and high stringency conditions can be defined as 0.1 × SS at about 65 ° C.
C. SSC is a buffer of 0.15 M NaCl, 0.015 M trisodium citrate. 3 × SSC is three times the intensity of SSC or the like.

【0020】 本発明の花粉特異的プロモーターは、花粉産生または生存度を妨害し得る遺伝
子を駆動することによって、雄性不稔性を操作するため、または花粉子実におい
て目的の遺伝子を特異的に発現するために使用され得る。
The pollen-specific promoter of the present invention drives male genes that can interfere with pollen production or viability, to manipulate male sterility, or to specifically express a gene of interest in pollen grains Can be used to

【0021】 本発明の第2の局面に従って、プロモーター配列は、花粉における、特に後期
花粉産生における発現が所望である得る遺伝子と組み合わせて発現カセットの一
部を形成し得る。これらは、花粉または花粉産生において影響を有する遺伝子を
含む。このような遺伝子は、雄性稔性の制御に関与する遺伝子、殺虫性毒素(こ
れは、次いで、花粉を食餌する昆虫種に標的される)をコードする遺伝子、また
は花粉の栄養価を増強もしくは改変する遺伝子であり得る。さらに、このプロモ
ーター配列は、花粉形質転換において使用するための選択マーカーの発現を駆動
するために使用され得る。適切な選択マーカー遺伝子の例としては、カナマイシ
ン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子およびPAT耐性遺伝子のような抗
生物質耐性遺伝子が挙げられ、これらは安定な形質転換体が、種(例えば、トウ
モロコシ、イネ、コムギ)に依存して同定されることを可能にする。
According to a second aspect of the present invention, the promoter sequence may form part of an expression cassette in combination with a gene whose expression in pollen, especially in late pollen production, may be desired. These include pollen or genes that have an effect on pollen production. Such genes may be genes involved in controlling male fertility, genes encoding insecticidal toxins, which are then targeted to insect species that feed on pollen, or enhance or modify the nutritional value of pollen Gene. In addition, the promoter sequence can be used to drive expression of a selectable marker for use in pollen transformation. Examples of suitable selectable marker genes include antibiotic resistance genes, such as the kanamycin resistance gene, the hygromycin resistance gene and the PAT resistance gene, which are used to transform stable transformants into species (eg, corn, rice, Wheat).

【0022】 用語「発現カセット」(これは、「DNA構築物」「ハイブリッド」および「
結合体」のような用語と同義である)は、調節プロモーターに直接的または間接
的に接続されてカセットを形成する効果遺伝子を含む。間接的接続の例は、イン
トロン配列中間体のような適切なスペーサー基、プロモーターおよび標的遺伝子
の供給である。DNA配列はさらに、異なるベクター上にあり得、それゆえ同じ
ベクター上に配置される必要はない。同じ物が、本発明に関連して、用語「融合
される」についてあてはまり、これは直接または間接な接続を含む。このような
構築物はまた、目的の細胞を形質転換するに適切なプラスミドおよびファージを
含む。
The terms “expression cassette” (which includes “DNA constructs,” “hybrids” and “
Synonymous with terms such as "conjugate") include effector genes that are directly or indirectly connected to a regulated promoter to form a cassette. An example of an indirect connection is the provision of a suitable spacer group, such as an intron sequence intermediate, a promoter and a target gene. The DNA sequences can also be on different vectors and therefore need not be located on the same vector. The same applies in the context of the present invention for the term "fused", which includes direct or indirect connections. Such constructs also include the appropriate plasmids and phage to transform the cells of interest.

【0023】 好ましい実施態様に従って、本発明の発現カセットは上記のプロモーター配列
を含み、これは、花粉発生に有害である遺伝子(例えば、バルナーゼ、アデニン
ヌクレオチド輸送体、変異体チューブリン、T−urf(WO97/04116
に請求される)またはトレハロースホスフェートホスファターゼ(TPP)をコ
ードする遺伝子)の発現を制御するように配置される。
According to a preferred embodiment, the expression cassette of the invention comprises a promoter sequence as described above, which comprises genes that are detrimental to pollen development (eg barnase, adenine nucleotide transporter, mutant tubulin, T-urf ( WO 97/04116
Or a gene encoding trehalose phosphate phosphatase (TPP)).

【0024】 例えば、WO93/25695は、細胞傷害性タンパク質をコードする遺伝子
バルナーゼ(タペータム特異的プロモーターの制御下にある)の使用を記載する
。タペータム細胞におけるバルナーゼの発現は、これらの細胞を破壊し、そして
花粉産生の破壊を導く。
For example, WO 93/25695 describes the use of the gene barnase, which encodes a cytotoxic protein (under the control of a tapetum-specific promoter). The expression of barnase in tapetum cells destroys these cells and leads to a disruption of pollen production.

【0025】 リボザイムは、ヌクレオチド鎖切断反応を触媒し得るRNA分子である。これ
らは、トランスで反応を触媒し得、そして異なる配列に対して標的され得る。そ
れゆえ、これらは、遺伝子発現を調節する手段として、アンチセンスの潜在的な
代替物である。HasselhofおよびGarlach((1988)Nat
ure 第334巻:585−591)またはWegenerら((1994) Mol Gen Genet 245:465−470)は、植物におけるリボザ イム遺伝子の発現により、トランス優性変異の生成を実証した。必要であれば、
本発明の花粉特異的プロモーターは、花粉において特異的に発現されるようなリ
ボザイムの発現を制御するために使用され得る。
A ribozyme is an RNA molecule that can catalyze a nucleotide strand cleavage reaction. These can catalyze the reaction in trans and can be targeted to different sequences. Therefore, they are potential alternatives to antisense as a means of regulating gene expression. Hasselhof and Garlach ((1988) Nat.
ure 334: 585-591) or Wegener et al. ((1994) Mol Gen Genet 245: 465-470) have demonstrated the generation of transdominant mutations by expression of ribozyme genes in plants. If necessary,
The pollen-specific promoter of the present invention can be used to control the expression of a ribozyme that is specifically expressed in pollen.

【0026】 Baulcombe(1997)は、複製可能なウイルスRNAベクター(A
mpliconsTM)の使用(これはまた、内因性遺伝子の発現をノックアウト
する手段として有用であり得る)による、トランスジェニック植物における遺伝
子サイレンシングの方法を記載する。この方法は、優性変異を産生する、すなわ
ち、ヘテロ接合性状態で保存可能であり、そして標的された遺伝子のすべてのコ
ピーをノックアウトし、そしてアイソフォームもまたノックアウトし得るという
利点を有する。このことは、六倍体であるコムギにおいて明らかな利点である。
次いで、稔性は、誘導性プロモーターを使用することによって回復されて、ノッ
クアウト遺伝子の機能的コピーの発現を駆動し得る。AmpliconTMベクタ
ーのエレメントとして花粉特異的プロモーターを含むことによって、遺伝子の発
現は、次いで、花粉において特異的に起こる。
Baulcombe (1997) describes a replicable viral RNA vector (A
A method of gene silencing in transgenic plants is described by the use of Mmplicons ™, which may also be useful as a means of knocking out endogenous gene expression. This method has the advantage that it produces a dominant mutation, ie, can be stored in a heterozygous state, and knocks out all copies of the targeted gene, and can also knock out isoforms. This is a clear advantage in wheat, which is hexaploid.
Fertility can then be restored by using an inducible promoter to drive expression of a functional copy of the knockout gene. By including a pollen-specific promoter as an element of the Amplicon vector, gene expression then occurs specifically in the pollen.

【0027】 細胞傷害性または破壊遺伝子の、花粉産生を破壊する手段としての使用は、稔
性を回復するための回復遺伝子の発現を必要とする。適切には、構築物はさらに
、上記有害遺伝子(例えば、バルナーゼの場合のバルスターまたはTPPの場合
のTPSのような回復遺伝子)の効果を克服し得るヌクレオチド配列、または有
害遺伝子にセンスもしくはアンチセンスである構築物をコードする配列を含むカ
セットを含む。
[0027] The use of a cytotoxic or disruptive gene as a means of disrupting pollen production requires the expression of a restored gene to restore fertility. Suitably, the construct is further a nucleotide sequence capable of overcoming the effect of the deleterious gene (eg, a barrestase in the case of barnase or a recovery gene such as TPS in the case of TPP), or is sense or antisense to the deleterious gene It contains a cassette containing the sequence encoding the construct.

【0028】 有害遺伝子の発現を制御する代替手段は、オペレーター配列を使用することで
ある。オペレーター配列(例えば、lac、tet、434など)は、WO90
/08830に記載されるように、プロモーター領域に挿入され得る。次いで、
リプレッサー分子は、これらのオペレーター配列に結合し得、そして下流の遺伝
子(例えば、花粉発生に有害な遺伝子)の転写を防止する(Wildeら(19
92)EMBO J.11,1251)。さらに、オペレーター配列を、(Le hmingら(1987)EMBO J.6,3145−3153)に記載され るように、Lac IΔHis変異体のような増強された結合能力を用いて操作 することが可能である。このことは、17位での、チロシンからヒスチジンへの
アミノ酸の変更を有し、従って発現の緊密な制御を与える。リプレッサーの誘導
性発現との組み合わせを使用する場合、次いで、これは、不活化遺伝子の発現が
遮断されることを可能にする。
An alternative means of controlling the expression of a deleterious gene is to use an operator sequence. The operator sequence (eg, lac, tet, 434, etc.)
No. 08830, can be inserted into the promoter region. Then
Repressor molecules can bind to these operator sequences and prevent transcription of downstream genes, such as genes that are detrimental to pollen development (Wild et al. (19)
92) EMBO J. 11, 1251). In addition, the operator sequence can be manipulated with enhanced binding capacity, such as a Lac IΔHis mutant, as described in (Lehming et al. (1987) EMBO J. 6, 3145-3153). is there. This has an amino acid change at position 17 from tyrosine to histidine, thus giving tight control of expression. When using a combination with inducible expression of a repressor, this then allows the expression of the inactivated gene to be blocked.

【0029】 この方法において、発現カセットは、上記のような植物の稔性の制御に使用さ
れ得る発現系に組み込まれ得る。
In this method, the expression cassette can be incorporated into an expression system that can be used to control plant fertility as described above.

【0030】 用語「発現系」は、上記で規定される系が、適切な器官、組織、細胞、または
培地で発現され得ることを意味する。この系は、1つ以上の発現カセットを含み
得、そしてまた、調節プロモーターの使用により標的遺伝子の発現が増加するこ
とを確実にするさらなる成分を含み得る。
The term “expression system” means that the system defined above can be expressed in a suitable organ, tissue, cell, or medium. The system may include one or more expression cassettes, and may also include additional components to ensure that expression of the target gene is increased by use of a regulated promoter.

【0031】 本発明の第3の局面に従って、以下を含む発現系が提供される: (a)花粉において特異的に発現される、第1のプロモーター配列; (b)発現された場合、上記の花粉特異的プロモーターの制御下で、花粉生合
成を破壊する、第1の遺伝子; (c)外来性化学誘導物質の存在または非存在に応答する、第2のプロモータ
ー配列;ならびに (d)上記の第1の遺伝子の発現を阻害し得るエレメント、または上記の第2
のプロモーター配列に作動可能に連結されそしてその制御下で、上記の第1の遺
伝子によってコードされるタンパク質を阻害し得るエレメントのいずれかをコー
ドする、第2の遺伝子。
According to a third aspect of the present invention there is provided an expression system comprising: (a) a first promoter sequence which is specifically expressed in pollen; (b) when expressed, A first gene that disrupts pollen biosynthesis under the control of a pollen-specific promoter; (c) a second promoter sequence responsive to the presence or absence of an exogenous chemical inducer; and (d) An element capable of inhibiting the expression of the first gene, or the second
A second gene, operably linked to the promoter sequence of E. coli and encoding any of the elements capable of inhibiting a protein encoded by the first gene under the control thereof.

【0032】 上記のエレメント(a)および(b)および(c)および(d)は、1つまた
は2つの個々のベクターによって提供され得るが、好ましくは、同じベクターに
含まれて、同時分離を確実にする。これらは、植物細胞を形質転換または同時形
質転換するために使用され得、エレメント間の適切な相互作用が行われることを
可能にする。
The above elements (a) and (b) and (c) and (d) can be provided by one or two individual vectors, but are preferably included in the same vector to allow simultaneous separation to be certain. These can be used to transform or co-transform plant cells, allowing appropriate interactions between the elements to take place.

【0033】 第2のプロモーター配列および第2の遺伝子は、第1の遺伝子の化学的「スイ
ッチ」の入切を提供する。ここで、第2のプロモーター配列は、外因性化学誘導
物質の存在に応答し、花粉または植物への化学誘導物質の適用は、第2の遺伝子
のスイッチを入れる効果を有し、それにより、第1の遺伝子の効果を相殺する。
化学誘導物質の非存在は、同様の効果を有し、ここで、第2のプロモーター配列
は、化学誘導物質の非存在下でのみ活性である。
[0033] The second promoter sequence and the second gene provide a chemical "switch" for the first gene. Here, the second promoter sequence is responsive to the presence of the exogenous chemical inducer, and the application of the chemical inducer to the pollen or plant has the effect of switching on the second gene, whereby Offset the effect of one gene.
The absence of a chemical inducer has a similar effect, wherein the second promoter sequence is active only in the absence of the chemical inducer.

【0034】 エレメント(c)および(d)は、上記の有害遺伝子(例えば、バルナーゼの
場合はバルスターまたはTPPの場合はTPSのような回復遺伝子)の効果を克
服し得るヌクレオチド配列、または有害遺伝子もしくは誘導性プロモーターと作
動可能に相互接続されて使用されるオペレーター配列の場合にリプレッサー分子
をコードする遺伝子にセンスもしくはアンチセンスである構築物をコードする配
列、を含む発現カセットの形態に適している。
Elements (c) and (d) may be a nucleotide sequence capable of overcoming the effects of the deleterious genes described above (eg, a recovery gene such as Barstar in the case of barnase or TPS in the case of TPP), or a deleterious gene or Suitable in the form of an expression cassette comprising a sequence encoding a construct that is sense or antisense to the gene encoding the repressor molecule in the case of an operator sequence used operably interconnected with an inducible promoter.

【0035】 本発明の発現系はさらに、除草剤耐性遺伝子または抗生物質耐性遺伝子のよう
な選択マーカーを含み得、安定な形質転換体が、種(例えば、トウモロコシ、イ
ネ、コムギ)に依存して同定されることを可能にする。除草剤耐性遺伝子の存在
はまた、分離する集団において、雄性不稔性子孫の選択を可能にする。
The expression system of the present invention may further comprise a selectable marker such as a herbicide resistance gene or an antibiotic resistance gene, and the stable transformant may be dependent on the species (eg, corn, rice, wheat). Allow to be identified. The presence of the herbicide resistance gene also allows for the selection of male sterile progeny in segregating populations.

【0036】 このような発現系を用いる植物の形質転換は、雄性不稔性植物の産生を生じ、
そしてこのような植物を産生する方法は、本発明の第4の局面を形成する。
Transformation of a plant using such an expression system results in the production of a male sterile plant,
And the method of producing such a plant forms the fourth aspect of the present invention.

【0037】 本発明のこの実施態様に従う発現系(ここで、遺伝子は、生存可能な花粉産生
に有害である)は、ハイブリッドの産生に有用であるが、雄性不稔性系統がホモ
接合体を作製し得る場合、特に有用である。「後期」プロモーター(例えば、上
記のZmC5プロモーター)が使用される場合、この遺伝子産物は花粉発生にお
いて後期に発現されるので、一次形質転換体およびヘテロ接合体は、不稔性を1
:1に分離する(すなわち、花粉の50%が稔性であり、そのため非ハイブリッ
ド種子を導く自家受粉が生じ得る)を花粉を産生する。
The expression system according to this embodiment of the invention, wherein the gene is detrimental to viable pollen production, is useful for hybrid production, but the male sterile line is homozygous. It is particularly useful if it can be made. If a "late" promoter (eg, the ZmC5 promoter described above) is used, the primary transformants and heterozygotes will have one sterility since this gene product is expressed late in pollen development.
: 1 (ie, 50% of the pollen is fertile, which can result in self-pollination leading to non-hybrid seed).

【0038】 ホモ接合性の不稔性植物を得るために、誘導性プロモーターは、適切な化学物
質(例えば、AlcA/Rスイッチの場合はエタノール、またはGSTスイッチ
についてはセイフナー(safener))を使用して回復遺伝子の発現を駆動
するように切り替えなければならない。次いで、これは、有害遺伝子を不活化し
、そのため、自家受粉が、以下のモデルに従って生じることを可能にする。
To obtain a homozygous sterile plant, the inducible promoter uses an appropriate chemical (eg, ethanol for the AlcA / R switch, or a safener for the GST switch). Must be switched to drive expression of the recovery gene. This in turn inactivates the deleterious gene, thus allowing self-pollination to occur according to the following model.

【0039】[0039]

【表1】 ホモ接合性子孫(MSMSRcsRcs)からの全ての花粉は不稔性である。
ヘテロ接合性子孫(MSRcs− − −)からの花粉の50%は不稔性である。
無効(− − − − − −)子孫からの花粉の全ては稔性である。DAPIのよ
うな生染色を用いるこれらの系統からの花粉の染色は、100%不稔性花粉を産
生する植物の同定を可能にする。あるいは、誘導および自家受粉は、この分離す
る集団において反復され得、そして子孫が不稔性の分離について分析され得る。
明確には、ホモ接合性系統の自家受粉に由来する全ての子孫は、それ自体、ホモ
接合性であり、そして雄性不稔性である。すなわち、それらはすべて100%不
稔性の花粉を産生するのに対し、ヘテロ接合性系統の自家受粉から生じる子孫は
、不稔性について分離し続ける。あるいは、雄性不稔性を生じる遺伝子が除草剤
耐性を付与する遺伝子に連結される場合、子孫は、初期の実生段階で除草剤を噴
霧され得、除草剤寛容性は、不稔性遺伝子と分離される。この様式において、雄
性不稔性親を同定し得、そしてハイブリッド産生のために選択し得る。
[Table 1] All pollens from homozygous progeny (MSMSRcsRcs) are sterile.
50% of the pollen from heterozygous progeny (MSRcs--) is sterile.
All of the pollen from the invalid (------) progeny is fertile. Staining of pollen from these lines using live staining, such as DAPI, allows the identification of plants that produce 100% sterile pollen. Alternatively, induction and selfing can be repeated in this segregating population and progeny can be analyzed for sterility segregation.
Clearly, all progeny that are derived from self-pollination of homozygous lines are homozygous in themselves and are male-sterile. That is, they all produce pollen that is 100% sterile, while progeny resulting from self-pollination of heterozygous lines continue to segregate for sterility. Alternatively, if the gene that causes male sterility is linked to a gene that confers herbicide tolerance, the progeny can be sprayed with herbicide at an early seedling stage and herbicide tolerance can be separated from the sterility gene. Is done. In this manner, male sterile parents can be identified and selected for hybrid production.

【0040】 一旦同定されると、このホモ接合性不稔性系統は、改変されていない近交系雄
性親系統による交差受粉によるF1ハイブリッドの産生に使用され得る。以下を
参照のこと。
[0040] Once identified, this homozygous sterile line can be used to produce an F1 hybrid by cross-pollination by an unmodified inbred male parent line. See below.

【0041】[0041]

【表2】 従って、全てのF1種子はハイブリッドであり、そして不稔性についてヘテロ
接合性であり、このことは、各植物からの花粉の50%が稔性であることを意味
する。トウモロコシのような作物種において、これは、各雄穂により産生される
花粉の垂直容量に起因して、圃場にわたる完全な受粉を確実にする、豊富な生存
可能な花粉である。コムギにおいても、自家受粉は、花がまだ閉じている間に生
じるので、これは収率の損失がないことを確実にするために十分な花粉であるべ
きであり、従って風などによる損失を減少する。植物の栄養部分が収穫される種
において、次いで、花粉の生存性の減少は、考慮されるべき要因ではない。
[Table 2] Thus, all F1 seeds are hybrid and heterozygous for sterility, which means that 50% of the pollen from each plant is fertile. In crop species such as corn, this is an abundant viable pollen that ensures complete pollination across the field due to the vertical volume of pollen produced by each tassel. Also in wheat, self-pollination occurs while the flowers are still closed, so this should be sufficient pollen to ensure that there is no loss in yield, thus reducing losses due to wind, etc. I do. In the species from which the vegetative part of the plant is harvested, then, reduced pollen viability is not a factor to be considered.

【0042】 農夫が後の植え付けのためのF2種子を保持するべきである点で、ハイブリッ
ド種子プロデューサーのための、さらなる利点もまた存在する。農夫は雑種強勢
の損失の結果として収率の損失を被る。以下を参照のこと。
There is also an additional advantage for hybrid seed producers in that farmers should retain F2 seed for later planting. Farmers suffer loss of yield as a result of loss of heterosis. See below.

【0043】[0043]

【表3】 これらの方法は、例えば、ハイブリッド産生において、誘導性プロモーターを
使用する活性化によって、不稔性の逆転を可能にし得る。
[Table 3] These methods may allow for reversal of sterility, for example, in hybrid production by activation using an inducible promoter.

【0044】 本発明の第5の局面に従って、植物の稔性を制御する方法が提供され、この方
法は、上記のような発現系を用いて上記の植物を形質転換する工程、および稔性
が回復されるべきである場合、誘導性プロモーターを活性化する工程を包含する
According to a fifth aspect of the present invention there is provided a method of controlling plant fertility, comprising the steps of transforming said plant with an expression system as described above, and Activating the inducible promoter, if it is to be restored, is included.

【0045】 適切な誘導性プロモーターとしては、外部化学刺激(例えば、除草剤セーフナ
ーの適用によって制御されるプロモーターが挙げられる。誘導性プロモーターの
例としては、例えば、以下のような2成分系が挙げられる:本発明者らの公開さ
れた国際公開番号WO93/21334に記載されるalcA/alcR遺伝子
スイッチプロモーター系、本発明者らの国際公開番号WO96/37609に記
載されるエクジソンスイッチ系、または国際特許出願番号WO90/08826
および同WO93/031294に記載されるGSTプロモーター(これらの教
示を、本明細書中で参考として援用する)。このようなプロモーター系は、本明
細書中で、「スイッチプロモーター」と称される。スイッチプロモーターと組み
合わせて使用されるスイッチ化学物質は、本発明の方法においてこの系を特に有
用にする、農業的に受容可能な化学物質である。
Suitable inducible promoters include those that are controlled by the application of an external chemical stimulus (eg, the application of a herbicide safener. Examples of inducible promoters include, for example, two-component systems such as: The alcA / alcR gene switch promoter system described in our International Publication No. WO93 / 21334, the ecdysone switch system described in our International Publication No. WO96 / 37609, or an international patent. Application No. WO90 / 08826
And the GST promoter described in WO 93/031294, the teachings of which are incorporated herein by reference. Such a promoter system is referred to herein as a "switch promoter". The switch chemistry used in combination with the switch promoter is an agriculturally acceptable chemical that makes this system particularly useful in the methods of the present invention.

【0046】 本発明の花粉特異的プロモーターが雄性不稔性を得るために使用される場合、
稔性の完全な回復は、本方法によって達成され得ない。なぜなら、花粉は一倍体
であるからである。これは、回復遺伝子の活性化の後に産生される花粉の50%
のみが稔性であることを意味する。これは、本発明のプロモーターを使用する発
現が高度に組織特異的であるという事実によって計数され得る。
When the pollen-specific promoter of the present invention is used to obtain male sterility,
Complete restoration of fertility cannot be achieved by this method. Because pollen is haploid. This is 50% of the pollen produced after activation of the recovery gene
Only means fertile. This can be counted by the fact that expression using the promoters of the invention is highly tissue specific.

【0047】 この性質は、本発明のプロモーターの使用を、いくつかの非常に特別な適用に
おいて特に有用にする。例えば、いくつかの場合において、花粉の形質転換が必
要である。この場合において、花粉特異的プロモーターの使用は、非常に所望さ
れ得る。このような適用の例は、MAGE LITER(雄性胚系統形質転換)
として公知であり、そしてStogerら(Plant Cell Report
s 14(1995)273−278)によって記載される。この方法において 、花粉は、微量注入ボンバードメントによって形質転換される。花粉特異的プロ
モーターは、例えば、選択マーカー遺伝子を駆動するために使用される。プロモ
ーターが花粉特異的であるという事実は、いくつかの利点を付与する。まず第1
に、このマーカーは花粉においてのみ発現され、植物の残りの部分では発現され
ず、そのため残りの植物組織は、望まれないマーカーを含まない。さらに、花粉
においてのみ選択マーカーを有することは、通常の方法によって再び形質転換す
ることおよび異なる選択マーカーを有する必要のないことの可能性を可能にする
(すなわち、より容易に遺伝子スタッキングを可能にする)。なぜ花粉の形質転換
が重要であるかという理由は、花粉が胞子体型の発生を受けさせられ得る(すな わち、半数体および半数体を倍加した植物を生じる)ということである。これは 、ホモ接合性が1工程で達成されることを意味する。あるいは、形質転換された
花粉は、伝統的な形質転換経路より速いプロセスで再度、野生型植物を受粉し、
従って導入された導入遺伝子を保有する種子を得るために使用され得る。
This property makes the use of the promoter of the invention particularly useful in some very special applications. For example, in some cases, pollen transformation is required. In this case, the use of a pollen-specific promoter may be highly desirable. An example of such an application is MAGE LITER (Male Embryonic Line Transformation).
And Stagger et al. (Plant Cell Report)
s 14 (1995) 273-278). In this method, pollen is transformed by microinjection bombardment. Pollen-specific promoters are used, for example, to drive a selectable marker gene. The fact that the promoter is pollen-specific confers several advantages. First,
In addition, this marker is expressed only in pollen and not in the rest of the plant, so that the remaining plant tissue does not contain the unwanted marker. In addition, having a selectable marker only in pollen allows the possibility of re-transforming by the usual methods and not having to have a different selectable marker
(Ie, allow for easier gene stacking). The reason why pollen transformation is important is that pollen can be subjected to the development of a sporophyte form (ie, yielding haploid and haploid doubled plants). This means that homozygosity is achieved in one step. Alternatively, the transformed pollen re-pollinates the wild-type plant in a faster process than the traditional transformation pathway,
Thus, it can be used to obtain seeds carrying the introduced transgene.

【0048】 本発明の発現系は、利用可能な方法のいずれかによって植物中または植物細胞
中に導入され得、この方法としては、組換えTiプラスミドを含むAgroba
cterium tumefaciensによる感染、エレクトロポレーション 、植物細胞およびプロトプラストのマイクロインジェクション、微量注入ボンバ
ードメント、細菌ボンバードメント、特定の「繊維(fibre)」または「ホ
イスカー(whisker)」方法、ならびに花粉管形質転換が挙げられ、これ
らは、形質転換される特定の植物種に依存する。次いで、形質転換された細胞は
、適切な場合、完全な植物に再生され得、ここで、新たな核物質は、ゲノム中に
安定に組み込まれる。形質転換された単子葉植物および双子葉植物の両方が、こ
の方法で得られ得る。公知の方法の全詳細についての文献の参照をし得る。この
ような方法は、本発明のさらなる局面を形成する。
The expression system of the present invention can be introduced into plants or plant cells by any of the available methods, including Agroba containing recombinant Ti plasmid.
infection with C. tumefaciens, electroporation, microinjection of plant cells and protoplasts, microinjection bombardment, bacterial bombardment, certain “fibre” or “whisker” methods, and pollen tube transformation. These are dependent on the particular plant species being transformed. The transformed cells can then, where appropriate, be regenerated into whole plants, where the new nuclear material is stably integrated into the genome. Both transformed monocots and dicots can be obtained in this way. Reference may be made to the literature for all details of known methods. Such a method forms a further aspect of the present invention.

【0049】 本発明の方法は、広範なハイブリッド植物(例えば、コムギ、イネ、トウモロ
コシ、綿、ヒマワリ、テンサイ、ならびにレタス、ナタネおよびトマト)の産生
に有用である。
The method of the present invention is useful for the production of a wide range of hybrid plants (eg, wheat, rice, corn, cotton, sunflower, sugar beet, and lettuce, rapeseed and tomato).

【0050】 上記のような植物遺伝子発現系を含む植物細胞は、これらの細胞を含む植物と
ともに、本発明のさらなる局面を形成する。
Plant cells containing a plant gene expression system as described above, together with plants containing these cells, form a further aspect of the present invention.

【0051】 本発明の第9の局面に従って、複製可能なウイルスDNAベクター(Ampl
iconTM)が提供され、これは、上記に規定される組換え核酸を含む。
According to a ninth aspect of the present invention, a replicable viral DNA vector (Ampl
icon The TM) is provided which comprises a recombinant nucleic acid as defined above.

【0052】 本発明の第10の局面に従って、花粉細胞を、上記の発現系を用いて形質転換
する方法が提供される。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for transforming pollen cells using the above expression system.

【0053】 ここでは、本発明を、添付の図面を参照する例示の目的でのみ特に記載する。The present invention will now be particularly described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

【0054】 (実施例1) (ZmC5 cDNAおよびゲノムクローン) トウモロコシ(近交系A188)花粉および出芽花粉(HJ Rogersら 、Plant J4(1993)875−882)cDNAライブラリーを、花 粉および苗条ポリ(A)−RNAに対して作製したcDNAプローブを使用して
、以下の標準的な手順に従ってスクリーニングした(FM Ausubelら、 Current protocols in Molecular Biology
,Wiley,New York(1990))。放射性標識した花粉cDNA に対するハイブリダイゼーションを示すが、放射性標識した苗条DNAに対する
ハイブリダイゼーションは示さない全てのクローン(総計1,101)を拾った
。ランダムなコロニーを拾い、そして5’末端で配列決定し、そしてその配列を
最新のデータベースと比較した。800bpのインサートを有するあるクローン
は、公知のペクチンメチルエステラーゼと、有意な配列同一性を示した。花粉c
DNAライブラリーを、このcDNAインサートを用いて再スクリーニングし、
そして全長ZmC5クローン(ZmC5c)を同定し、そして配列決定した。
Example 1 (ZmC5 cDNA and Genomic Clones) Maize (inbred A188) pollen and budding pollen (HJ Rogers et al., Plant J4 (1993) 875-882) cDNA library was used for pollen and shoot poly. (A) -Screened according to the following standard procedure using a cDNA probe generated against RNA (FM Ausubel et al., Current protocols in Molecular Biology).
, Wiley, New York (1990)). All clones showing hybridization to radiolabeled pollen cDNA but not to radiolabeled shoot DNA (total 1,101) were picked. Random colonies were picked and sequenced at the 5 'end, and the sequences were compared to current databases. One clone with an 800 bp insert showed significant sequence identity with a known pectin methylesterase. Pollen c
The DNA library is rescreened using this cDNA insert,
A full length ZmC5 clone (ZmC5c) was identified and sequenced.

【0055】 トウモロコシ(近交系B73)ゲノムライブラリー(8×106プラーク)を 、ランダムプライミングによって標識したcDNAクローンZmC5cの5’の
270bpに対応するPCRフラグメントを使用してスクリーニングした(Au
sbelら、前出)。1つのポジティブクローンZmC5gを、プラーク精製し
た。pUC19にサブクローニングしたZmC5gの2.5kb SalIフラ グメントの配列の、ZmC5c(NCIMB 40915として寄託された)と の比較は、2つの配列が重複し、そしてそれらが同一であることを示した。この
ことはこのクローンが同じ遺伝子を提示することを示す。このcDNAを有する
ゲノムクローンの2.5kbフラグメントの間の重複の提示を、図1に示す。
A maize (inbred B73) genomic library (8 × 10 6 plaques) was screened using a PCR fragment corresponding to the 270 bp 5 ′ of cDNA clone ZmC5c labeled by random priming (Au
sbel et al., supra). One positive clone, ZmC, 5 g, was plaque purified. Comparison of the sequence of the 2.5 kb SalI fragment of ZmC5g subcloned into pUC19 with ZmC5c (deposited as NCIMB 40915) indicated that the two sequences overlapped and that they were identical. This indicates that this clone displays the same gene. A representation of the overlap between the 2.5 kb fragment of the genomic clone with this cDNA is shown in FIG.

【0056】 転写開始点を、コード配列(データは示さず)のヌクレオチド1〜21(5’
−ACCTAGGAGAGCCTTTGCCAT−3’)および56〜82(5
’−AGCGGGTGACGGTGGCGACCACACCGA−3’)に相補
的な2つのオリゴヌクレオチドプライマーを使用してマッピングした。この産物
は、推定ATG(図1)のわずか15塩基上流のAヌクレオチド上に転写開始点
を明解に配置する。他の花粉特異的遺伝子は、長い5’非翻訳配列を有すること
が見出されている(SJ Tebbuttら、Plant Mol.Biol.(
1994)25:283−299)。従って、ZmC5gのこの領域は、非常に
短いであるようである。この短い5’UTLについて計算された自由エネルギー
は、0.9kJ/molであり(M.Zuker,Meths Enzymol .(1989)180:262−288)、いかなる安定な二次構造も形成し得
ないようにする。
The start of transcription is determined by nucleotides 1-21 (5 ′) of the coding sequence (data not shown).
-ACCTAGGAGAGCCTTTGCCAT-3 ') and 56-82 (5
'-AGCGGGGTGACGGTGGCGACCACACCGA-3') and mapped using two oligonucleotide primers. This product clearly positions the transcription start site on the A nucleotide only 15 bases upstream of the putative ATG (FIG. 1). Other pollen-specific genes have been found to have long 5 'untranslated sequences (SJ Tebbutt et al., Plant Mol. Biol.
1994) 25: 283-299). Thus, this region of ZmC5g appears to be very short. The calculated free energy for this short 5 ′ UTL is 0.9 kJ / mol (M. Zuker, Meths Enzymol. (1989) 180: 262-288), so that no stable secondary structure can be formed. To

【0057】 1692bpのオープンリーディングフレームを同定し、そして推定ATG開
始コドン(図1)は、コンセンサス配列とよく一致する(HA Lutckeら 、EMBO J 6(1987)43−48)。推定TATAAモチーフ(CP Joshi,Nucl.Acids Res.15:6648−6653(19 87))は32で開始するが、多くの他の植物遺伝子において見出されていない
ように、転写開始点(図1)から60bp上流において認識可能なCAAATモ
チーフは見出されない。ZmC5cは、明確に認識可能なAATAAAポリアデ
ニル化部位シグナルを欠く。これは異常ではない:植物遺伝子の30%は、認識
可能なAATAAAモチーフを欠く(BD Mogenら、Plant Cell
2(1990)1261−1272)。ZmC5cにおいて、ポリA付加部位 から16bp上流の5つのA残基のストレッチはポリアデニル化部位として作用
し得るが、他の花粉特異的転写物は、AATAAAモチーフとポリ(A)+付加 部位との間の平均距離より長いことが見出されている(Tebbuttら、前出
)。
A 1692 bp open reading frame was identified and the putative ATG start codon (FIG. 1) is in good agreement with the consensus sequence (HA Lutcke et al., EMBO J 6 (1987) 43-48). The putative TATAA motif (CP Joshi, Nucl. Acids Res. 15: 6648-6653 (1987)) starts at 32, but, as not found in many other plant genes, the transcription start site (FIG. 1). ), No recognizable CAAAT motif is found 60 bp upstream. ZmC5c lacks a clearly recognizable AATAAA polyadenylation site signal. This is not unusual: 30% of plant genes lack a recognizable AATAAA motif (BD Mogen et al., Plant Cell
2 (1990) 1261-1272). In ZmC5c, a stretch of five A residues 16 bp upstream from the polyA addition site may act as a polyadenylation site, while other pollen-specific transcripts may have a position between the AATAAA motif and the poly (A) + addition site. (Tebbutt et al., Supra).

【0058】 (実施例2) (ZmC5の推定アミノ酸配列) ZmC5の予測したアミノ酸配列(563アミノ酸)を、EMBLおよびGe
nBankデータベースと比較し、植物(30.9%と41.4%との間)およ
び微生物PME(18.6%と20.8%との間)の両方に対する高度の相同性
を明らかにした。アミノ酸配列のアラインメントは、タンパク質(これは、酵素
の触媒ドメインまたは活性部位であるようである4つの領域を含む)のC末端に
主に制限される植物および微生物の両配列にわたる保存性を示した(D.Alb
aniら、Plant Mol Biol(1991)16:501−513、O
Marcovicら、Protein Sci 1:1288−1292(19
92))。A.niger PMEのインビトロ変異誘発(B Duweら、Bi
othechnol.Letts 18:621−626(1996)は、領域 I内のヒスチジン残基(これは、ZmC5において保存される)は、酵素の活性
部位に位置し得、そしてA.nigerにおいて酵素活性が必要であることを示
した。しかし、このヒスチジンは、植物および真菌の両起源のいくつかのPME
において、他のアミノ酸残基によって置き換えられ、このことは、全てのPME
において必須ではないことを示唆する。植物PMEの比較において、ZmC5は
、B.napusの「初期」花粉発現Bp19遺伝子(D.Albaniら、前
出)に対するよりも、P.inflataの「後期」花粉発現PPE遺伝子(J
H Muら、Plant Mol Biol 25:539−544(1994))
に対して緊密な関係を示す。
(Example 2) (Deduced amino acid sequence of ZmC5) The predicted amino acid sequence (563 amino acids) of ZmC5 was converted to EMBL and Ge.
Comparison with the nBank database revealed a high degree of homology to both plants (between 30.9% and 41.4%) and microbial PME (between 18.6% and 20.8%). Alignment of the amino acid sequences demonstrated conservation across both plant and microbial sequences that was primarily restricted to the C-terminus of the protein, which contains four regions that appear to be the catalytic domain or active site of the enzyme. (D. Alb
ani et al., Plant MoI Biol (1991) 16: 501-513, O.
Marcovic et al., Protein Sci 1: 1288-1292 (19
92)). A. niger PME in vitro mutagenesis (B Duwe et al., Bi).
othertechnol. Letts 18: 621-626 (1996) states that a histidine residue within region I, which is conserved in ZmC5, can be located at the active site of the enzyme and niger indicated that enzyme activity was required. However, this histidine has some PMEs of both plant and fungal origin.
Is replaced by another amino acid residue, which means that all PMEs
Suggests that it is not essential. In comparison to the plant PME, ZmC5 is than for the "early" pollen expressing Bp19 gene of D. napus (D. Albani et al., supra). inflata "late" pollen expressing PPE gene (J
H Mu et al., Plant MoI Biol 25: 539-544 (1994)).
Show a close relationship with

【0059】 (実施例3) (ZmC5遺伝子数の評価) BamHI、EcoRI、またはHindIIIのいずれかで消化した15μ
gのDNAを含むトウモロコシの(近交系A188)ゲノムサザンブロットを、
放射性標識した全長ZmC5 cDNAインサートを用いてプローブした。図2 におけるブロットの各レーンにおける2つの強力なハイブリダイズバンドは、ト
ウモロコシゲノムにおける少なくとも2つの類似する遺伝子の存在を示唆する。
より大変弱いシグナルを示すいくつかのさらなるバンドは、この遺伝子ファミリ
ーが、いくつかのあまり関連しないメンバーも含み得ることを示唆する。
(Example 3) (Evaluation of the number of ZmC5 genes) 15 μm digested with any of BamHI, EcoRI, or HindIII
g of corn (inbred A188) genomic Southern blot containing
Probed with a radiolabeled full length ZmC5 cDNA insert. Two strong hybridizing bands in each lane of the blot in FIG. 2 indicate the presence of at least two similar genes in the corn genome.
Several additional bands showing much weaker signals suggest that this gene family may also contain some less related members.

【0060】 (実施例4) (ZmC5の空間的かつ時間的発現) 8つのトウモロコシ組織からの10μgの全RNAを含むノーザンブロットを
、cDNA ZmC5cでプローブして、遺伝子の発現プログラムを決定した。 約2.0kbの転写物を、花粉および出芽花粉においてのみ検出した(図3(A
))。このことは、この技術の検出の制限内で、この遺伝子の発現は、これらの
2つの組織に制限されるようであることを示す。葉、根、苗条、穂軸(cob)
、胚乳、または胚において検出可能なシグナルはなかった。小穂発達の間の発現
プログラムもまた決定した。図3(B)は、0.25、0.5および1.0cm
の小穂、成熟花粉および出芽花粉からの全RNAを含むノーザンブロットを示す
。エチジウムブロミド染色したゲルは、各ゲルのレーンにおいてRNAの等量の
ローディングを実証する。
Example 4 Spatial and Temporal Expression of ZmC5 A Northern blot containing 10 μg of total RNA from eight corn tissues was probed with cDNA ZmC5c to determine the gene expression program. A transcript of about 2.0 kb was detected only in pollen and budding pollen (FIG. 3 (A
)). This indicates that, within the limits of detection of this technology, the expression of this gene appears to be restricted to these two tissues. Leaves, roots, shoots, cobs
, Endosperm, or embryo, there was no detectable signal. The expression program during spikelet development was also determined. FIG. 3B shows 0.25, 0.5 and 1.0 cm.
1 shows a Northern blot containing total RNA from spikelets, mature pollen and budding pollen. The ethidium bromide stained gels demonstrate equal loading of RNA in each gel lane.

【0061】 小穂を、アクト−カーマイン(acto−carmine)で葯を染色するこ
とによってステージし、そしてこの葯が、以下の段階で細胞を含むことを見出し
た:減数分裂前胞子形成細胞(pre−meitotic sporpogen ous cell)(0.25cm)、中期分裂前期I(0.5cm)、成熟花 粉粒(1.0cm)。しかし、継続する段階の間のいくつかの重複は、同じ小穂
内の2つの小花の間の発達段階における変動に起因して、回避不能である。この
ノーザンブロット分析は、微小胞子形成の初期段階における細胞を含む小穂を含
む任意の他のトウモロコシ組織において検出可能な発現を伴わずに、ZmC5の
発現が成熟開裂花粉および出芽花粉に制限されることを示す。
Spikelets were staged by staining the anthers with acto-carmine, and the anthers were found to contain cells at the following stages: premeiotic sporulation cells (pre) -Meitotic sporogenous cell (0.25 cm), early metaphase I (0.5 cm), mature pollen grains (1.0 cm). However, some overlap between successive stages is unavoidable due to variations in the developmental stages between two florets within the same spikelet. This Northern blot analysis shows that ZmC5 expression is restricted to mature cleaved and sprouting pollen without detectable expression in any other maize tissue, including spikelets containing cells in the early stages of microsporulation. It indicates that.

【0062】 (実施例5) (トランスジェニック植物におけるZmC5プロモータ/GUS構築物の発現
) 転写融合物を、ZmC5gの5’領域とレポーター遺伝子β−グルクロニダー
ゼの間に作製し(図4A)、そしてAgrobacterium形質転換による
タバコの形質転換に使用した。この構築物を以下のように作製した:2つのSp
hI部位(ATGの5’側の2kbの配列を含む2.5kb SalIフラグメ ント中に1つ、およびポリリンカー中に1つ)を使用して、−61位〜+403
位の3’末端を除去した(図1)。これを、SphI消化したPCRフラグメン
ト(領域−61〜+1(3’末端に位置するさらなる制限部位(BamHI、H
indIII、SalI)、および転写開始部位(図1および4A)に位置する
HindIII部位を除去するための変異)を含む)によって直接置換した。次
いで、もともとの5’のSalI部位および導入した3’のSalI部位を使用
して、ZmC5プロモーター領域を切除し、これをpGUSのSmaI部位にク
ローニングした。次いで、ZmC5プロモーター−UID−A転写融合物を、p
Bin19ベクターに移入し(図4A)、そしてNicotina tabac um var SamsunのAgrobacterium媒介性リーフ−ディ
スク形質転換のために使用した。形質転換体をカナマイシンで選択し、そして一
次トランスジェニック植物を再生した。このうち2つ(導入遺伝子の発現につい
て陽性)を出芽させて、T2世代へとした。
Example 5 Expression of ZmC5 Promoter / GUS Construct in Transgenic Plants Transcriptional fusions were made between the 5 ′ region of ZmC5g and the reporter gene β-glucuronidase (FIG. 4A), and the Agrobacterium trait Used for transformation of tobacco by transformation. This construct was made as follows: Two Sps
Using the hI site (one in the 2.5 kb SalI fragment containing the 2 kb sequence 5 ′ to the ATG and one in the polylinker), from position −61 to +403
The 3 ′ end of the position was removed (FIG. 1). This was combined with the SphI digested PCR fragment (regions -61 to +1 (an additional restriction site (BamHI, H
indIII, SalI), and a mutation to remove the HindIII site located at the transcription start site (FIGS. 1 and 4A)). The ZmC5 promoter region was then excised using the original 5 'SalI site and the introduced 3' SalI site and cloned into the Smal site of pGUS. The ZmC5 promoter-UID-A transcription fusion was then
The vector was transferred to the Bin19 vector (FIG. 4A) and used for Agrobacterium-mediated leaf-disk transformation of Nicotina tabacum var Samsun. Transformants were selected with kanamycin and the primary transgenic plants were regenerated. Two of them (positive for transgene expression) were sprouted to T2 generation.

【0063】 トランスジェニック植物の開裂した葯からの花粉粒を採取し、そしてJ.A.
Jefferson(Plant Mol Biol Rep(1987)5:3 87−405)によって記載されるように、GUS活性について染色した。2つ
の植物は、約50%の青色染色花粉を示す陽性であった(図4B)。非トランス
ジェニックコントロールにおいて青色の着色は検出されなかった。組み込み部位
の数を調査するために、2つのトランスジェニック系統からの植物を自家受粉さ
せ、そして子孫を、カナマイシンに対する耐性について計数した。トランスジェ
ニックGC5−2から評価した子孫のうち303植物体はカナマイシン耐性であ
り、8植物体はカナマイシン感受性であり、少なくとも2つの組み込み部位を示
す平均比38:1を得た。トランスジェニック植物GC5−7の子孫は、単一組
み込み部位を示すカナマイシン耐性対カナマイシン感受性の平均比3.8:1を
生じた(1つの組み込み部位についての予測比は3:1、2つについては15:
1、および3つについては63:1である)。
[0063] Pollen grains from the cleaved anthers of the transgenic plants were collected and A.
Stained for GUS activity as described by Jefferson (Plant Mol Biol Rep (1987) 5: 387-405). Two plants were positive showing about 50% blue stained pollen (FIG. 4B). No blue coloration was detected in the non-transgenic controls. To investigate the number of integration sites, plants from the two transgenic lines were selfed and progeny were counted for resistance to kanamycin. Of the progeny evaluated from transgenic GC5-2, 303 plants were kanamycin resistant and 8 plants were kanamycin sensitive, giving an average ratio of 38: 1 indicating at least two integration sites. Progeny of the transgenic plant GC5-7 yielded an average ratio of kanamycin resistance to kanamycin sensitivity of 3.8: 1 indicating a single integration site (the expected ratio for one integration site was 3: 1, for two, 15:
63 for 1 and 3).

【0064】 抽出物を、5つの発生段階の葯を含む組織の範囲から作製し、そしてモミのG
USの発現を蛍光定量的に分析した(Jefferson、前出)。図4(C)
は、2つのトランスジェニック植物由来のGUS活性を示す。非常に低いレベル
の発現のみが、発生中の開裂組織および成熟開裂組織以外の組織において検出可
能である。タバコにおいて、芽の発達段階は、芽の長さと相関し得るが(Teb
buttら、前出)、これは生長条件に依存する。従って、Bud−1は、有糸
分裂/四分子段階の小胞子に対応し、Bud−2は一核(uninucleat
e)小胞子に対応し、Bud−3は小胞子有糸分裂に対応し、Bud−4は初期
から中期の二核配偶体に対応し、Bud−5は中期から後期の二核配偶体に対応
する。DAPI染色によって評価される小胞子段階(データは示さず)は、タバ
コにおけるZmC5プロモーターの発現の時期が、ノーザンデータに基づくトウ
モロコシにおけるその発現(図3;図4C)と良好に一致することを示す。従っ
て、トウモロコシおよびトランスジェニックタバコの両方におけるネイティブ環
境において、ZmC5プロモーターは花粉発生において後期に機能し、そして実
際には、小胞子有糸分裂前には不活性である。GC5−2を有する2つのトラン
スジェニック系統間で、試験したほとんどの組織においてより高いレベルの発現
を示すという、発現におけるいくらかの変動が注目され得る。発現レベルにおけ
る変動は、トランスジェニック集団において一般的に見出され、そして導入遺伝
子9SLAの挿入の部位に基づいている(Hobbsら、Plant Mol B
iol 21:17−26(1993))。
Extracts were made from a range of tissues containing five developmental stages of anthers and the fir G
US expression was analyzed fluorometrically (Jefferson, supra). FIG. 4 (C)
Shows GUS activity from two transgenic plants. Only very low levels of expression are detectable in tissues other than developing and mature cleaved tissues. In tobacco, the stage of bud development can be correlated with bud length (Teb
butt et al., supra), which depends on growth conditions. Thus, Bud-1 corresponds to microspores at the mitosis / tetrad stage, and Bud-2 corresponds to the mononuclear (unincleat).
e) corresponds to microspores, Bud-3 corresponds to microspore mitosis, Bud-4 corresponds to early to middle binuclear gametophyte, and Bud-5 corresponds to middle to late binuclear gametophyte. Corresponding. The microspore stage assessed by DAPI staining (data not shown) indicates that the time of expression of the ZmC5 promoter in tobacco is in good agreement with its expression in maize based on Northern data (FIG. 3; FIG. 4C). . Thus, in the native environment in both corn and transgenic tobacco, the ZmC5 promoter functions late in pollen development and is, in fact, inactive before microspore mitosis. Some variation in expression may be noted between the two transgenic lines with GC5-2, showing higher levels of expression in most tissues tested. Variations in expression levels are commonly found in transgenic populations and are based on the site of insertion of the transgene 9SLA (Hobbs et al., Plant Mol B
iol 21: 17-26 (1993)).

【0065】 (実施例6) (AlcA誘導性プロモーターによって駆動される花粉におけるGUSの発現
) GUSの発現を駆動するAlcAプロモーターおよびAlcRの発現を駆動す
る35S CaMVプロモーターを含む植物形質転換ベクターは、タバコおよび トマト植物に導入されている。GUS発現を、根の浸漬(root drenc h)としてエタノールで誘導する前および後に、全ての組織において研究し得る
Example 6 Expression of GUS in Pollen Driven by an AlcA-Inducible Promoter A plant transformation vector containing the AlcA promoter driving GUS expression and the 35S CaMV promoter driving AlcR expression was obtained from tobacco. And has been introduced into tomato plants. GUS expression can be studied in all tissues before and after induction with ethanol as root drains.

【0066】 トマトの葯および花粉のGUS染色は、誘導後のGUSの明確な発現を示す。
同じ結果を、他の種由来の花粉から予測する。
GUS staining of tomato anthers and pollen shows clear expression of GUS after induction.
The same result is predicted from pollen from other species.

【0067】 (実施例7) (C5−バルナーゼ(barnase)カセット(優勢配偶体の雄性不稔性カ
セット)の調製) pBluescript SK+(Stratagene)の唯一のSalI 部位を、オリゴヌクレオチドリンカーMKLINK4(5’−TCGATTCG
GCGGCCGCCGAA−3’)の消化したSalI部位への挿入によって、
NotI認識部位と置換した。バルナーゼのコード領域に続いて細菌プロモータ
ーで駆動したバルスター(barstar)コード領域を保有する0.9kbの
BamHI−HindIIIフラグメントを、改変したpBluescript
の対応するフラグメントに挿入した。HindIII−NotIフラグメント上
のnosターミネーターを、得られたベクターの対応するフラグメントに挿入し
た。次いで、望んでいないBamHI部位を、製造業者の指示書に従ってStr
atageneのQuickChangeシステムを使用し、そしてオリゴヌク
レオチドDAM−3A(5’−GGTCGACTCTAGAGGAACCCCG
GGTACCAAGC−3’)およびDAM−3S(5’−GCTTGGTAC
CCGGGGTTCCTCTAGAGTCGACC−3’)を使用して除去した
。得られたプラスミド(pSK−BBNと命名した)を、BamHIを用いて完
全に消化し、エビアルカリホスファターゼを用いて脱リン酸化した(37℃、1
時間)。C5の5’隣接領域の1.9kb BamHIフラグメントをこれに連 結し、続いてBamHIおよびPstIで消化し、それぞれ、インサートの存在
および方向について確認した。得られたプラスミドをpSK−C5−BBN(図
6)と名付けた。次いで、カセット全体を、EcoRI−NotIフラグメント
として除去し、バイナリー植物形質転換ベクターpVB6にする。次いで、この
構築物を、凍結融解法によって、Agrobacterium Tumefac iensに導入する。標準的な技術を使用して、このDNAをタバコに導入する
Example 7 Preparation of C5-Barnase Cassette (Predominant Gamete Male Sterility Cassette) The unique SalI site of pBluescript SK + (Stratagene) was replaced with the oligonucleotide linker MKLINK4 (5′-). TCGATTCG
Insertion of GCGGCCGCCGAA-3 ') into the digested SalI site
Replaced with NotI recognition site. A 0.9 kb BamHI-HindIII fragment carrying a barstar coding region driven by a bacterial promoter followed by a bacterial promoter was modified with a modified pBluescript.
Was inserted into the corresponding fragment. The nos terminator on the HindIII-NotI fragment was inserted into the corresponding fragment of the resulting vector. The undesired BamHI site is then inserted into the Str according to the manufacturer's instructions.
atagegene QuickChange system and oligonucleotide DAM-3A (5'-GGTCCGACTCTAGAGGAACCCCG
GGTACCAAGC-3 ′) and DAM-3S (5′-GCTTGGTAC)
CCGGGGTTCCTCTAGAGTCACCC-3 '). The resulting plasmid (designated pSK-BBN) was completely digested with BamHI and dephosphorylated with shrimp alkaline phosphatase (37 ° C., 1
time). A 1.9 kb BamHI fragment of the 5 ′ flanking region of C5 was ligated to it and subsequently digested with BamHI and PstI to confirm the presence and orientation of the insert, respectively. The resulting plasmid was named pSK-C5-BBN (FIG. 6). The entire cassette is then removed as an EcoRI-NotI fragment, resulting in the binary plant transformation vector pVB6. This construct is then introduced into Agrobacterium Tumefaciens by a freeze-thaw method. This DNA is introduced into tobacco using standard techniques.

【0068】 (実施例8) (不稔性トランスジェニック植物の分析) 一次形質転換体を、組織培養において、カナマイシン上での生長について選択
し、そしてこれをPCR分析によって確認する。この植物を、温室において生長
させて成熟させる。花粉を、開裂後の葯から収集し、そして生株を使用して、花
粉が稔性であるか不稔性であるか否かを確認する。花粉の50%は、不稔性であ
ると予測される。これらの植物の野生型植物との戻し交配(葯の除去後)、また
は自家受粉させることで、花粉の50%が不稔性である子孫を生じる。
Example 8 Analysis of Sterile Transgenic Plants Primary transformants are selected for growth on kanamycin in tissue culture, and this is confirmed by PCR analysis. The plants are grown and matured in a greenhouse. Pollen is collected from the anther after cleavage and live strains are used to determine whether the pollen is fertile or sterile. 50% of the pollen is expected to be sterile. Backcrossing of these plants to wild-type plants (after removal of anthers) or self-pollination results in progeny in which 50% of the pollen is sterile.

【0069】 本発明の範囲から逸脱しない本発明に対する他の改変は、当業者に明らかであ
る。
[0069] Other modifications to the invention that do not depart from the scope of the invention will be apparent to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は、ZmC5 cDNAの、その対応する遺伝子の5’領域からの2.4 kbフラグメントとのアラインメントを示す図である。転写開始点を示し(*) 、そして推定翻訳開始に下線を付す。Sa=SalI、S=SmaI、Sp=S
phI、H=HindIII、X=XhoI、P=PstI。
FIG. 1 shows an alignment of ZmC5 cDNA with a 2.4 kb fragment from the 5 ′ region of its corresponding gene. The transcription start point is indicated ( * ) and the predicted translation start is underlined. Sa = SalI, S = SmaI, Sp = S
phI, H = HindIII, X = XhoI, P = PstI.

【図2】 図2は、トウモロコシ(近交系A188)ゲノムDNAのサザンブロットを示
す。各レーンは、レーン1についてはEcoRIで、レーン2についてはHin
dIIIで、そしてレーン3についてはBamHIで消化した、15μgのゲノ
ムDNAを含む。サザンブロットを、放射性標識したZmC5 cDNAプロー ブとハイブリダイズした。
FIG. 2 shows a Southern blot of corn (inbred A188) genomic DNA. Each lane is EcoRI for lane 1 and Hin for lane 2.
Contains 15 μg of genomic DNA digested with dIII and for lane 3 with BamHI. Southern blots were hybridized with a radiolabeled ZmC5 cDNA probe.

【図3】 図3は、エチジウムブロマイド染色したゲルを示し、このゲルは、種々のトウ
モロコシ組織の全RNAの18S RNAおよびZmC5 cDNAプローブでプ
ローブした同じゲルのノーザンブロットを示す。 (A)ゲルを、種々のトウモロコシ組織からの10μgの全RNAで充填した。
(B)ゲルを、苗条、発生段階の一連の小穂、花粉、および出芽花粉から単離さ
れた10μgの全RNAで充填した。
FIG. 3 shows an ethidium bromide stained gel, which shows a Northern blot of the same gel probed with 18S RNA and ZmC5 cDNA probe of total RNA from various corn tissues. (A) Gels were loaded with 10 μg of total RNA from various corn tissues.
(B) The gel was filled with 10 μg of total RNA isolated from shoots, a series of spikelets during development, pollen, and budding pollen.

【図4A】 図4Aは、ZmC5::uidA構築物および接合配列の物理マップである。
それぞれ、星印、上向き矢印および黒菱形で示したA残基は、ZmC5転写開始
点に対応し、HindIII部位を除くための(クローニングの容易さのため)
TからAへの変異およびZmC5プロモーター領域の3’末端に対応する。ui
dA翻訳開始点に下線を付す。
FIG. 4A is a physical map of the ZmC5 :: uidA construct and the junction sequence.
A residues indicated by an asterisk, an upward arrow and a black diamond, respectively, correspond to the ZmC5 transcription start site and are used to remove the HindIII site (for ease of cloning).
It corresponds to the T to A mutation and the 3 'end of the ZmC5 promoter region. ui
The dA translation start point is underlined.

【図4B】 図4Bは、トランスジェニックZmC5::uidAタバコからの花粉におけ
るGUS活性の組織化学分析を示し、これは、青色染色の分離を示す。
FIG. 4B shows histochemical analysis of GUS activity in pollen from transgenic ZmC5 :: uidA tobacco, showing separation of blue staining.

【図4C】 図4Cは、2つのトランスジェニック系統(GC5−2(白抜きカラム)およ
びGC5−7(黒カラム))由来のトランスジェニックタバコ組織におけるZm
C5のプロモーター活性を示す。各系統からのデータは、2つの独立したアッセ
イの平均(非トランスジェニックコントロールに対して正規化した)を示す。芽
の段階は以下の通り:Bud−1は5〜8mmの芽に対応する(減数分裂/四分
子段階の小胞子)、Bud−2:10〜12mmの芽(単核小胞子)、Bud−
3:13〜15mm(小胞子有糸分裂)、Bud−4:(17〜22mm)初期
から中期の二核配偶体、Bud−5:(27〜45mm)中期から後期の二核配
偶体(Tebbuttら、前出)。
FIG. 4C shows Zm in transgenic tobacco tissues from two transgenic lines (GC5-2 (open columns) and GC5-7 (black columns)).
4 shows the promoter activity of C5. Data from each line represents the average of two independent assays (normalized to non-transgenic controls). The stages of buds are as follows: Bud-1 corresponds to 5-8 mm buds (meiosis / tetraspore stage microspores), Bud-2: 10-12 mm buds (mononuclear microspores), Bud-
3: 13 to 15 mm (microspore mitosis), Bud-4: (17 to 22 mm) early to middle binuclear gametophyte, Bud-5: (27 to 45 mm) middle to late binuclear gametophyte (Tebutut) Et al., Supra).

【図5】 図5は、トウモロコシにおけるZmC5プロモーター配列をコードするDNA
配列を示す。下線を付したAは、推定転写開始点であり、そして太字で下線を付
したATGは、翻訳開始点である。
FIG. 5 shows DNA encoding the ZmC5 promoter sequence in maize.
Shows the sequence. The underlined A is the putative transcription start point, and the bold and underlined ATG is the translation start point.

【図6】 図6は、C5−バルナーゼ/バルスター−nosを含む発現カセットを示す。FIG. 6 shows an expression cassette containing C5-barnase / barstar-nos.

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Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トウモロコシ中のZmC5遺伝子のプロモーター配列、また
は花粉においてプロモーターとして作用する、その改変体もしくはフラグメント
を含む、組換え核酸配列。
1. A recombinant nucleic acid sequence comprising the promoter sequence of the ZmC5 gene in maize, or a variant or fragment thereof that acts as a promoter in pollen.
【請求項2】 請求項1に記載の組換え核酸配列であって、図1に示される
トウモロコシのZmC5遺伝子の転写開始部位の約2kb上流を含む、組換え核
酸配列。
2. The recombinant nucleic acid sequence of claim 1, comprising about 2 kb upstream of the transcription start site of the maize ZmC5 gene shown in FIG.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の組換え核酸配列であって、
図5に示されるDNA配列の少なくとも一部、または図5に示されるDNA配列
と実質的に同様の活性を有するプロモーターをコードする配列の少なくとも一部
を含むプロモーター配列またはその改変体もしくはフラグメントを含む、組換え
核酸配列。
3. A recombinant nucleic acid sequence according to claim 1 or claim 2, wherein
It includes at least a part of the DNA sequence shown in FIG. 5, or a promoter sequence containing at least a part of a sequence encoding a promoter having substantially the same activity as the DNA sequence shown in FIG. 5, or a modified or fragment thereof. , Recombinant nucleic acid sequence.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の核酸配列を含む発現カ
セットであって、ここで該カセットは、花粉において発現されることが所望され
、かつ花粉産生において影響を有し得る産物、殺虫性毒素をコードするか、また
は花粉の栄養価を増強するかもしくは改変する遺伝子を制御するように配置され
る、発現カセット。
4. An expression cassette comprising a nucleic acid sequence according to any one of claims 1 to 3, wherein said cassette is desired to be expressed in pollen and has an effect on pollen production. An expression cassette which is arranged to control a gene which may encode a product, an insecticidal toxin, or which enhance or modify the nutritional value of pollen.
【請求項5】 前記遺伝子が花粉発生に有害である遺伝子を含む、請求項4
に記載の発現カセット。
5. The method of claim 4, wherein the gene comprises a gene that is harmful to pollen development.
An expression cassette according to item 1.
【請求項6】 請求項5に記載の発現カセットであって、ここで前記遺伝子
が、バルナーゼ、アデニンヌクレオチドトランスロケーター、変異体チューブリ
ン、T−urfもしくはトレハロースホスフェートホスファターゼ(TPP)、
またはリボザイムのいずれかをコードする遺伝子を含む、発現カセット。
6. The expression cassette according to claim 5, wherein said gene is barnase, adenine nucleotide translocator, mutant tubulin, T-urf or trehalose phosphate phosphatase (TPP);
Or an expression cassette containing a gene encoding any of the ribozymes.
【請求項7】 前記遺伝子が選択マーカー遺伝子を含む、請求項4に記載の
発現カセット。
7. The expression cassette according to claim 4, wherein said gene comprises a selectable marker gene.
【請求項8】 前記選択マーカー遺伝子が抗生物質耐性遺伝子を含む、請求
項7に記載の発現カセット。
8. The expression cassette according to claim 7, wherein said selectable marker gene comprises an antibiotic resistance gene.
【請求項9】 請求項4〜8のいずれか1項に記載の発現カセットを含む、
発現系。
9. An expression cassette comprising the expression cassette according to claim 4.
Expression system.
【請求項10】 請求項9に記載の発現系であって、花粉に有害である遺伝
子を含み、そして化学誘導性プロモーターと作動可能に相互接続された、該有害
遺伝子の効果を克服し得るペプチドまたはタンパク質をコードする第2の核酸配
列を含む発現カセットをさらに含む、発現系。
10. An expression system according to claim 9, comprising a gene that is harmful to pollen and operably interconnected with a chemically inducible promoter, capable of overcoming the effects of said harmful gene. Or an expression system further comprising an expression cassette comprising a second nucleic acid sequence encoding a protein.
【請求項11】 前記核酸配列が回復遺伝子を含む、請求項10に記載の発
現系。
11. The expression system according to claim 10, wherein said nucleic acid sequence comprises a restoration gene.
【請求項12】 前記回復遺伝子がバルスターまたはTPSである、請求項
11に記載の発現系。
12. The expression system according to claim 11, wherein the recovery gene is bulstar or TPS.
【請求項13】 請求項10に記載の発現系であって、前記核酸配列が、前
記有害遺伝子にセンスまたはアンチセンスである構築物をコードし、それにより
その発現を抑制する、発現系。
13. The expression system of claim 10, wherein the nucleic acid sequence encodes a construct that is sense or antisense to the deleterious gene, thereby suppressing its expression.
【請求項14】 請求項10に記載の発現系であって、ここで前記第2の核
酸配列が、請求項1〜3のいずれか1項に記載の核酸配列に作動可能に連結され
るオペレーター配列と相互作用するlac、tet、434、lac−Hisに
対するリプレッサータンパク質またはAmpliconTMをコードし、それによ
り、花粉において発現されることが所望される第1の遺伝子の発現を予防する、
発現系。
14. The expression system according to claim 10, wherein the second nucleic acid sequence is operably linked to the nucleic acid sequence according to any one of claims 1 to 3. Encoding a repressor protein for lac, tet, 434, lac-His or Amplicon that interacts with the sequence, thereby preventing expression of a first gene that is desired to be expressed in pollen;
Expression system.
【請求項15】 前記誘導制プロモーターが、AlcA/R、GST、また
はエクジソン誘導性プロモーターである、請求項10〜14のいずれか1項に記
載の発現系。
15. The expression system according to claim 10, wherein the inducible promoter is an AlcA / R, GST, or ecdysone-inducible promoter.
【請求項16】 選択マーカーをさらに含む、請求項9〜15のいずれか1
項に記載の発現系。
16. The method according to claim 9, further comprising a selection marker.
An expression system according to the item.
【請求項17】 花粉において発現されることが所望される前記遺伝子が、
除草剤耐性遺伝子に連結される、請求項9〜16のいずれか1項に記載の発現系
17. The gene desired to be expressed in pollen,
The expression system according to any one of claims 9 to 16, which is linked to a herbicide resistance gene.
【請求項18】 以下: (a)花粉において特異的に発現される、第1のプロモーター配列; (b)発現される場合、該花粉特異的プロモーターの制御下で、花粉の生合成
を破壊する、第1の遺伝子; (c)外因性の化学誘導物質の存在または非存在に応答する、第2のプロモー
ター配列;および (d)該第1の遺伝子のいずれかの発現を阻害し得るエレメント、または該第
2のプロモーター配列に作動可能に連結されかつその制御下で、該第1タンパク
質を阻害し得るエレメントをコードする、第2の遺伝子、 を含む、発現系。
18. The following: (a) a first promoter sequence that is specifically expressed in pollen; (b) when expressed, disrupts pollen biosynthesis under the control of the pollen-specific promoter (C) a second promoter sequence responsive to the presence or absence of an exogenous chemical inducer; and (d) an element capable of inhibiting the expression of any of the first genes; Or a second gene operably linked to the second promoter sequence and encoding an element capable of inhibiting the first protein under the control thereof.
【請求項19】 植物を産生する方法であって、該方法は、請求項9〜18
のいずれか1項に記載の発現系を用いて植物細胞を形質転換する工程を包含する
、方法。
19. A method for producing a plant, said method comprising:
A method comprising transforming a plant cell using the expression system according to any one of the above.
【請求項20】 請求項9〜18のいずれか1項に記載の発現系を含む、植
物細胞。
A plant cell comprising the expression system according to any one of claims 9 to 18.
【請求項21】 請求項20に記載の細胞を含む、植物。21. A plant comprising the cell according to claim 20. 【請求項22】 植物における雄性不稔性を誘導する方法であって、該方法
は、請求項10〜18のいずれか1項に記載の発現系を用いて植物を形質転換す
る工程を包含する、方法。
22. A method for inducing male sterility in a plant, the method comprising the step of transforming the plant with the expression system according to any one of claims 10 to 18. ,Method.
【請求項23】 植物の稔性を制御する方法であって、該方法は、請求項1
1または請求項18に記載の発現系を用いて該植物を形質転換する工程、および
稔性が回復されることが必要とされる場合、前記誘導性プロモーターを活性化す
る工程を包含する、方法。
23. A method for controlling fertility of a plant, the method comprising:
19. A method comprising transforming the plant with the expression system of claim 1 or 18 and activating the inducible promoter if fertility is required to be restored. .
【請求項24】 前記誘導性プロモーターが、化学物質の前記植物への適用
によって活性化される、請求項23に記載の方法。
24. The method of claim 23, wherein said inducible promoter is activated by applying a chemical to said plant.
【請求項25】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の組換え核酸を含む、
複製可能なウイルスRNAベクター(AmpliconTM)。
25. It comprises the recombinant nucleic acid according to any one of claims 1 to 3,
Replicable viral RNA vector (Amplicon ).
【請求項26】 花粉を形質転換するための方法であって、請求項9または
請求項18に記載の発現系を用いて花粉細胞を形質転換する工程を包含する、方
法。
26. A method for transforming pollen, which comprises the step of transforming pollen cells using the expression system according to claim 9 or 18.
【請求項27】 本明細書中に、添付の図面のいずれか1つを参照して実質
的に記載される、組換え核酸、発現カセット、発現系、または方法。
27. A recombinant nucleic acid, expression cassette, expression system, or method substantially as herein described with reference to any one of the accompanying drawings.
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